（图纸+论文）大直径桩基础工程成孔钻具设计（全套完整）㊣精品文档值得下载

率计算牙轮钻头的回转扭矩采用下列经验公式计算.回转速度根据岩石性质的不同及操作需要，钻具钻速应能调整。

穿硬岩开孔及接卸钻杆时宜用低速钻软岩时，转速可以适当提高。

这样可以提高钻进速度。

当转速增加到定值时，特别是在硬岩上钻孔时，会使钻机强烈振动，降低钻头寿命，致使钻进速度降低。

钻具的回转速度应能在间无级变速。

本钻具通过调节水下电机的变速器达到这要求。

第章主轴的设计轴的设计也和其它零件的设计相似，包括结构设计和工作能力计算两方面。

轴的结构设计是根据轴上零件的安装定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。

轴的工作能力计算指的是轴的强度刚度和振动稳定性等方面的计算。

由于主轴要完全处于水下的泥浆之中，在满足强度刚度的情况下，要有定的防腐蚀能力，这就要求合理的选择材料。

轴的材料主要是碳钢和合金钢。

钢轴的毛坯多数是用轧制圆钢和锻件，有的则直接用圆钢。

合金钢比碳钢具有更高的机械性能和更好的淬火性能。

因此，在传递大动力，并要求减小尺寸与质量，提高轴颈的耐磨性，以及处于高温或低温条件下工作的轴，常采用合金钢。

选择的材料为调质钢。

.主轴的结构设计轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸。

轴的结构主要取决于以下因素轴在机器中的安装位置及形冲击汽缸是种结构简单体积小耗气功率小，但能产生相当大的冲击力，能完成多种冲压的气动执行元件。

在冲击汽缸中，采用快排型冲击汽缸。

下页图为快排型冲击汽缸的结构图和工作原理图它是在非快排型冲击汽缸下部增加了快排机构而成的。

快排机构的作用是当活塞需要下冲时，能使活塞下腔以通流面积足够大的通道迅速与大气连通，相当于快速排气阀，使活塞下腔背压迅速降至很低。

快排型冲击汽缸工作过程见图，接通气源，压缩空气经由输入快排活塞下腔，快排活塞上腔经排气，快排活塞上移，封住冲击缸下腔排气孔同时压缩空气经节流后经输入冲击缸下腔，排气，活塞和活塞杆上升，封住中盖的喷气口同时活塞杆上的挡块触动阀的推杆，发出信号使动作，压缩空气经由输入蓄气腔，并使之充满，此时若给个气信号使之动作，则进气，排气，快排活塞下移，迅速打开冲击缸下腔排气孔，冲击缸下腔背压迅速降至很低，活塞杆便可在最大压差下快速向下冲击。

这种汽缸活塞下腔气体已经不像非快排型冲击汽缸那样被急剧压缩，使有效工作行程可以加长十几倍甚至几十倍，加速行程很大，故冲击能量远远大于非快排型冲击汽缸，冲击频率比非快排型提高约倍。

由于本设计主要为钻具设计，选择采用标准汽缸来进行组合，减少另外设计的生产的成本。

破碎岩石的冲击力要求大于才能破碎岩石。

由空气压缩机处提供的气压般大于，选用的标准汽缸的缸内径为，汽缸的活塞杆外径为，活塞的行程为，现采用气压为来进行计算进行力的换算，相当于，大于岩石的抗压强度所要求的冲击力。

可知，可以减小空气压力的大小来调节冲击力的大小，以适应不同的地质要求。

汽缸往复冲击次数。

耗气量总共装有个汽缸，则第章主钻头的设计按本钻具的特点来分析，由于运动不能使径向力完全达到平衡，就可能使钻具工作时不稳定，影响工作效率，且中心处是刀具路径不能到达的地方。

因此，应在中心处装钻头来保持中心的稳定。

根据这要求，在主动轴端安装个定型产品的小直径牙轮式中心钻，其与主轴采用装配式的连接方法，便于钻头的拆卸和维修方便。

牙轮钻头的结构和工作原理为下图牙轮钻头由三个牙爪及三个安装在牙轮轴颈上的牙轮组成。

牙轮分两种型式。

见下气，对轴承进行吹洗和冷却。

从钻机送入的排渣压气通过喷嘴，形成了高速气流，喷入孔底表，三个牙爪焊成体，在端部加工成锥螺纹，与钻杆联结。

吹洗风道用于通入压缩空排渣。

牙轮主要型式为镶齿钻头楔齿钻头适应中硬岩，硬岩牙轮体表面镶硬质合金柱三牙轮中心交于点无滑动破岩。

适应于表土，软岩牙轮体表面齿为楔形三牙轮中心不交于点有滑动破岩。

牙轮钻头靠钻机的回转，加压机构施加在钻头上的回转力矩及轴压力破碎岩石。

钻头的回转带动牙轮滚动，在轴压力静载荷及牙轮转动时的动载荷作用下，牙轮上的齿以压碎冲击减切等形式破碎岩石，岩渣由压风吹出孔口。

对不同性质的岩石使用不同类型的钻头，是提高破岩效率的重要条件。

大部分坚硬的岩石均具有脆性，应采用镶硬质合金柱的钻头，用纯滚动而无滑动的牙轮钻头钻进，牙轮借助于轴压力和冲击力它的最显著的特点是在传递动力时它可以进行功率分流同时，其输入轴与输出轴具有同轴性，即输出轴与输入轴均设置在同主轴线上。

所以，行星齿轮传动现已被人们用来代替普通齿轮传动，而作为各种机械传动系统中的减速器，增速器和变速装置。

尤其是对于那些要求体积小质量小结构紧凑和传动效率高的航空发动机起重运输石油化工和兵器等的齿轮传动装置以及需要差速器的汽车和坦克等车辆的齿轮传动装置，行星齿轮传动已得到了越来越广泛的应用。

行星齿轮传动的主要特点如下体积小，质量小，结构紧凑，承载能力大由于行星齿轮传动具有功率分流和各中心轮构成共轴线式的传动以及合理地应用内啮合齿轮副，因此可使其结构紧凑。

再由于在中心轮的周围均匀地分布着数个行星轮来共同分担载荷，从而使得每个齿轮所承受的负荷较小，并允许这些齿轮采用较小的模数。

此外，在结构上充分利用了内啮合承载能力大和内齿圈本身的可容积体积，从而有利于缩小其外廓尺寸，使其体积小，质量小，结构非常紧凑，且承载能力大。

般，行星齿轮传动的外廓尺寸和质量约为普通齿轮的即在承受相同的载荷条件下。

传动效率高由于行星齿轮传动结构的对称性，即它具有数个匀称分布的行星轮，使得作用于中心轮和转臂轴承中的反作用力能互相平衡，从而有利于达到提高传动效率的作用。

在传动类型选择恰当结构布置合理的情况下，其效率值可达。

传动比较大，可以实现运动的合成与分解只要适当选择行星齿轮传动的类型及配齿方案，便可以用少数几个齿轮而获得很大的传动比。

在仅作为传递运动的行星齿轮传动中，其传动比可到几千。

应该指出，行星齿轮传动在其传动比很大时，仍然可保持结构紧凑﹑质量小体积小等许多优点。

而且，它还可以实现运动的合成与分解以及实现各种变速的复杂的运动。

运动平稳抗冲击和振动的能力较强由于采用了数个结构相同的行星轮，均匀的分布于中心轮的周围，从而可使行星轮与转臂的惯性力相互平衡。

同时，也使参与啮合的齿数增多，故行星齿轮传动的运动平稳，抵抗冲击和振动的能力较强，工作较可靠。

总之，行星齿轮传动具有质量小体积小传动比大及效率高类型选用得当等优点。

因此，行星齿轮传动现已广泛地应用于工程机械矿山机械冶金机械起重运输机械轻工机械石油化工机械机床机器人汽车坦克火炮飞机轮船仪器和仪表等各方面。

行星传动不仅适用于高转速大功率，而且在低速大转矩的传动装置上也已获得了应用。

它几乎可适用于切功率和转速范围，故目前行星传动技术已成为世界各国机械传动发展的重点之。

行星齿轮传动的缺点是材料优质结构复杂制造和安装较困难。

但随着人们对行星传动技术进步深入地了解和掌握以及对国外行星技术的引进和消化吸收，从而使其传动结构和均载方式都不断完善，同时生产工艺水平也不断提高。

因此，对于行星齿轮传动的设计者，不仅应该了解其优点，而且应该在自己的设计工作中，充分发挥其优点，且把其缺点降低到最低限度，从而设计出性能优良的行星齿轮传动装置。

.行星齿轮传动的设计计算.选取行星齿轮传动的传动类型和传动间图根据本设计方案选用的传动类型为型啮合。

其传动简图为.进行行星齿轮传动的配齿计算配齿计算就是直径，桩基础，工程，成孔钻具，设计，毕业设计，全套，图纸第章前言长期以来，桥梁港口码头水工和工民建筑物的基础工程，在.米以上.米以下常规直径桩基础成孔施工中，广泛使用冲击钻和回旋钻两种基本钻型，以及泥浆护壁正循环排渣方法施工。

随着国内外桩基础工程机械的研究开发，为了适应各种工程地质条件施工，提高成孔施工效率，降低设备投入量和适应大直径桩基成孔需要，目前在传统的冲击钻和回旋钻的基础上，已生产出了如重型冲击钻连杆冲击反循环钻套管钻机潜孔冲击锤潜水回旋钻回转斗钻短螺旋钻和扩底钻头等施工机械设备，大部分产品实现了反循环排渣，明显地提高了成孔施工效率，般岩层成孔直径可达到.米左右，进口设备成孔直径已可达米。

其中结构简单的国产重型冲击钻成孔直径也可达.米。

但是仍然存在着种种不适应施工需要的问题，主要是普通回旋成孔钻，对工程地质条件变化的适应性差，特别是不适应大砾石地质和无风化硬岩层成孔，地质适应范围受限。

般冲击钻虽然地质适应性好，但施工效率显低，同时大直径的重型冲击锤自旋性差，成孔失圆度大。

设备和钻具通用和互换性差，即种设备只能配套相应钻具。

种规格的钻具，只能适用于相应直径的成孔。

国内大直径的钻具设备研发，少有研究采用新的运动原理和结构，般只能采取加大直径，增加配套功率和扭矩，以及选用高硬刃具材料等办法，因而有趋向高功率配置和笨重方向发展的趋势，不仅固有的弱点问题没有解决，而且又更加大了施工设备投资，影响工程建设效益。

如湖南省道线周家店至常德公路改建工程，在柳叶湖大桥四根.米直径桩基础施工中，由于施工成本的原因，第个枯水施工季节，没有进场大直径成孔设备，施工单位采取沉井明挖法施工失败。

在第二个枯水施工季节，终于以多万的价格，新购置到重型冲击钻机设备，开始进行返工施工。

韶关产冲击锤重达吨，配套设备均是个别设计生产，使用直径.公分钢丝绳。

由于锤重绳粗，常规的设备匹配和连接方式，在这“重型”面前显得非常脆弱，出现了每两个工作班必须更换连接，每次需三小时，每个工作班，损坏次导轮或轴，每次更换需时间天的情况，另外桩基出现了严重的孔壁失圆现象，明显地影响了工程质量进度和效率。

适应桩基础沉井护壁不排水施工的设备缺乏。

而不排水施工可避免发生沉井严重偏位沉井滞留和井口沉陷以及下沉缓慢等诸多问题。

各项工程基础的施工进度往往是影响整个项目建设工期的关键，其造价也是影响项目投资的主要不定因素。

鉴于以上情况，为适应各类建筑工程材料设计和施工技术的发展需要，如何从钻孔桩基础施工成孔设备着手，综合冲击钻和回旋钻两种基本钻型成孔原理的优点，研究开发出新型成孔钻具，以解决桩基工程施工，要求快速高效稳定可靠广泛适用和适应超大直径方向发展的问题，是长期以来国内外业内人士不乏探索的命题。

第章概述在桩基工程施工中大量使用的冲击钻和回旋钻，它们工作状态的个共同特点，是切削刀刃与孔壁和孔底保持整体的或线或面的接触，摩擦阻力大，切削相对速度低，能量分散，分布不合理，无效功耗大，效率低。

如果单个刃具能实现如下图所示的平面单迹线星形运动，并同时具有径向旋削软散颗粒，轴向冲击破碎整体岩石的功能。

则数个小直径的刃具也将会产生高效率的复合运动和作用，由若干连续点的运动，形成连续的曲线运动，若干曲线的运动，使施工面呈周边包络线为圆形的细密网状曲面，实现钻具逐层从上至下的整体成孔运动。

本课题设计源于年以来件孩童游戏工具，因其游戏时规则均匀的迹线运动如右图所示，令人眼花的组合变化，激起了我的思考和对生产及生活现象的观察。

星形运动的钻具主要由钻架动力轴齿轮组钻杆钻头组成。

其特征在于钻架由外支架圈和斜支杆组成，动力轴是中空的圆管，位于钻架的中心轴线上，与支架用轴承连接，在外支架圈内，有齿轮组，齿轮组由个中心齿轮三个行星齿轮齿轮圈和托盘组成，中心齿轮用键固定在动力轴上，大小相同的个行星齿轮均匀分布在中心齿轮周围，行星齿轮与中心齿轮和齿轮圈上段的内齿同时啮合，齿轮圈与外支架圈固定在起，齿轮圈内圆周的下段为光滑的圆柱面，与托盘外圆周动配合，托盘为侧面光滑的圆盘，其上有个与行星齿轮相对应的个行星孔，行星孔内为齿轮圈，每个行星轮外侧周边的下部用轴承均匀固定着个或若干个钻杆，钻杆的下端安装有钻头刃具，钻杆的中部用键固定有被动转动齿轮，此转动齿轮与托盘上的行星孔的内齿相啮合，齿轮圈上部和下部都有内沿，上部内沿的表面和行星齿轮上沿的下表面接触，下部内沿的表面和行星齿轮下沿的上表面接触。

第章设计中要考虑的问题和方案采用弹